鈦合金如何進(jìn)行焊接?  有那些需要注意的地方?
鈦及鈦合金的焊接性能，具有許多顯著特點(diǎn)，這些焊接特點(diǎn)是由于鈦及鈦合金的物理化學(xué)性能決定的。其中氣體及雜質(zhì)污染對(duì)焊接性能的影響 .
目前針對(duì)TC4鈦合金，多采用氬弧焊或等離子弧焊進(jìn)行焊接加工，但該兩種方法均需填充焊接材料，由于保護(hù)氣氛、純度及效果的限制，帶來(lái)接頭含氧量增加，強(qiáng)度下降，且焊后變形較大。采用電子束焊接和激光束焊接，研究了TC4鈦合金的焊接工藝性，實(shí)現(xiàn)該種材料的精密焊接。
(1) 焊縫氣孔傾向。焊縫中的氣孔是焊接鈦合金最普遍的缺陷，存在于被焊金屬電弧區(qū)中的氫和氧是產(chǎn)生氣孔的主要原因。TC4鈦合金電子束焊接，其焊縫中氣孔缺陷很少。為此，著重就激光焊接焊縫中形成氣孔的工藝因素進(jìn)行研究。
由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，激光焊接時(shí)焊縫中的氣孔與焊縫線能量有較密切關(guān)系，若焊接線能量適中，焊縫內(nèi)只有極少量氣孔、甚至無(wú)氣孔，線能量過(guò)大或過(guò)小均會(huì)導(dǎo)致焊縫中出現(xiàn)嚴(yán)重的氣孔缺陷。此外，焊縫中是否有氣孔缺陷還與焊件壁厚有一定關(guān)系，比較試樣試驗(yàn)結(jié)果可看出，隨著焊接壁厚的增加，焊縫中出現(xiàn)氣孔的概率增加。
(2) 焊縫內(nèi)部質(zhì)量。利用平板對(duì)接試樣，采用電子束焊接和激光焊接來(lái)考察焊縫內(nèi)部質(zhì)量，經(jīng)理化檢測(cè)，焊縫內(nèi)部質(zhì)量經(jīng)X射線探傷，達(dá)GB3233-87 II級(jí)要求，焊縫表面和內(nèi)部均無(wú)裂紋出現(xiàn)，焊縫外觀成型良好，色澤正常。
(3) 焊深及其波動(dòng)情況。鈦合金作為工程構(gòu)件使用，對(duì)焊深有一定要求，否則不能滿(mǎn)足構(gòu)件強(qiáng)度要求；而且要實(shí)現(xiàn)精密焊接，必須對(duì)焊深波動(dòng)加以控制。為此，采用電子束焊接和激光焊接方法分別焊接了兩對(duì)對(duì)接試環(huán)，焊后對(duì)試環(huán)進(jìn)行了縱向及橫向解剖，來(lái)考察焊深及焊深波動(dòng)情況，結(jié)果表明，電子束焊接焊縫平均焊深可達(dá)2.70mm以上，焊深波動(dòng)幅度為-5.2~+6.0%，不超過(guò)±10%；激光焊接焊縫平均焊深約為2.70mm，焊深波動(dòng)幅度為- 3.8~+5.9%，不超過(guò)±10%。
(4) 接頭變形分析。利用對(duì)接試環(huán)來(lái)考察接頭焊接變形，檢測(cè)了對(duì)接試環(huán)的徑向及軸向變形，結(jié)果表明，電子束焊接和激光焊接的變形都很小。電子束焊接的徑向收縮變形量為f 0.05~f 0.09mm，軸向收縮量為0.06~0.14mm；激光焊接的徑向收縮變形量為f 0.03~f 0.10mm，軸向收縮變形量為0.02~0.03mm。
(5) 焊縫組織分析。經(jīng)理化檢測(cè)，焊縫組織為a+b，組織形態(tài)為柱狀晶+等軸晶，有少量的板條馬氏體出現(xiàn)，晶粒度與基體接近，熱影響區(qū)較窄，組織形態(tài)和特征較為理想。
經(jīng)研究可得出：對(duì)于TC4鈦合金，無(wú)論是激光焊接還是電子束焊接，只要工藝參數(shù)匹配合理，均可使焊縫內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到國(guó)標(biāo)GB3233-87Ⅱ級(jí)焊縫要求，實(shí)現(xiàn)TC4鈦合金的精密焊接；焊縫外觀成形良好，色澤正常；焊縫余高很小，無(wú)咬邊、凹陷、表面裂紋等缺陷產(chǎn)生。

    在常溫下，鈦及鈦合金是比較穩(wěn)定的。但試驗(yàn)表時(shí)，在焊接過(guò)程中，液態(tài)熔滴和熔池金屬具有強(qiáng)烈吸收氫、氧、氮的作用，而且在固態(tài)下，這些氣體已與其發(fā)生作用。隨著溫度的升高，鈦及鈦合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升，大約在250℃左右開(kāi)始吸收氫，從400℃開(kāi)始吸收氧，從600℃開(kāi)始吸收氮，這些氣體被吸收后，將會(huì)直接引起焊接接頭脆化，是影響焊接質(zhì)量的極為重要的因素。   
    （1）氫的影響  氫是氣體雜質(zhì)中對(duì)鈦的機(jī)械性能影響最嚴(yán)重的因素。焊縫含氫量變化對(duì)焊縫沖擊性能影響最為顯著，其主要原因是隨縫含氫彈量增加，焊縫中析出的片狀或針狀TiH2增多。TiH2強(qiáng)度很低，故片狀或針狀衛(wèi)HiH2的作用例以缺口，合沖擊性能顯著降低；焊縫含氫量變化對(duì)強(qiáng)度的提高及塑性的降低的作用不很時(shí)顯。  
    （2）氧的影響  氧在鈦的α相和β想中都有有較高的熔解度，并能形成間隙固深相，使用權(quán)鈦的晶傷口嚴(yán)重扭曲，從而提高鈦及鈦合金的硬度和強(qiáng)度，使塑性卻顯著降低。為了保證焊接接應(yīng)的性能，除了在焊接過(guò)程中嚴(yán)防焊縫及焊按熱影響區(qū)發(fā)主氧化外，同時(shí)還應(yīng)限制基本金屬及焊絲中的含氧量。  
    （3）氮的影響  在700℃以上的高溫下，氮和鈦發(fā)生劇作用，形成脆硬的氮化鈦（riN）而且氮與鈦形成間隙固溶體時(shí)所引起的晶格歪挪程度，比是量的氧引起的后果更為嚴(yán)重，因此，氮對(duì)提高工業(yè)純鈦焊縫的抗拉強(qiáng)度、硬度，降低焊縫的塑性性能比氧更為顯著。  
    （4）碳的影響  碳也是鈦及鈦合金中常見(jiàn)的雜質(zhì)，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)碳含量為0.13%時(shí)，碳因深在α鈦中，焊縫強(qiáng)度極限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用強(qiáng)烈。但是當(dāng)進(jìn)一步提高焊縫含碳量時(shí)，焊縫卻出現(xiàn)網(wǎng)狀TiC，其數(shù)量隨碳含量增高而增多，使焊縫塑性急劇下降，在焊接應(yīng)力作用下易出現(xiàn)裂紋。因此，鈦及鈦合金母材的含碳量不大于0.1%，焊縫含碳量不超過(guò)母材含碳量。